Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ЭЛЕКТР_МАГНИТИЗМ

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
29.02.2016
Размер:
1.53 Mб
Скачать

Рис. 10.5.

Для наглядности при построении кривой в положительном направлении соответствующих осей откладывают значения прямых тока и напряжения, а в отрицательном – значения обратных тока и напряжения.

Диод может быть охарактеризован параметром, называемым коэффициентом выпрямления, который определяется отношением прямого тока к обратному при одинаковых по величине прямом и обратном напряжениях:

Iпр

при

Uпр

Uобр .

(10.1)

Iобр

 

 

 

 

Порядок выполнения работы

1. Внимательно ознакомьтесь со всеми элементами схемы лабораторной установки (см. рис. 10.4).

2. С помощью ключа К1 введите в цепь измерения плоскостной диод, а ключ К2 поставьте в такое положение, при котором через диод будет проходить прямой ток.

3. Вращая ручку регулятора выхода выпрямителя, подавайте на диод напряжение, увеличивая его на 3 деления, и измерьте величину соответствующего прямого тока. Данные измерений занесите в табл. 16.

Т а б л и ц а 16. Результаты измерений

Uпр, В

Iпр, мА

4. Ключ К2 переведите в положение, при котором через диод будет проходить обратный ток.

5. Руководствуясь указаниями п. 2, 3, произведите измерения обратного тока при различных обратных напряжениях на нем. Данные измерений занесите в табл. 17.

63

Т а б л и ц а 17. Результаты измерений

Uобр, В

Iобр, мкА

6. С помощью ключа К1 введите в цепь измерения точечный диод и проделайте измерения согласно указаниям п. 2–8.

7. Постройте вольтамперные характеристики для плоскостного и точечного диодов и определите по ним коэффициенты выпрямления по зависимости (10.1).

Контрольные вопросы

1.Какова характерная особенность полупроводников?

2.Объясните механизм собственной проводимости полупроводников. Что такое дырки и чем они отличаются от положительных ионов?

3.Расскажите о примесной проводимости полупроводников.

4.Что представляет собой р–n-переход? Какие явления имеют место на границе р–n-перехода?

5.Как изменяется запирающий слой, если приложить к переходу прямое или обратное напряжение?

6.Изобразите вольтамперную характеристику диода.

7.Назовите известные вам примеры использования диодов на прак-

тике.

Лабораторная работа 11. СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ

Цель работы: изучить принцип действия транзистора, построить характеристики и определить по ним основные параметры транзистора.

Приборы и принадлежности: транзистор, милливольтметр, микроамперметр, миллиамперметр, резисторы с регулируемым сопротивлением (потенциометры), выпрямители.

Изучите теоретический материал по одному из учебных пособий:

[1, гл. ХI § 64; 2, гл. ХХII § 22.3; 3, гл. VI § 28].

При изучении указанных пособий следует уяснить, что транзистор– это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Он представляет собой монокристалл (германия или кремния) с двумя р–n-переходами. Слово «транзистор» происходит от английских слов «трансфер» (переносчик, преобразователь) и «резистор» (сопротивление), что связано с принципом его работы: под действием слабого сигнала источника во входной цепи транзистор меняет сопротивление и тем самым управляет током батареи в выходной цепи.

Необходимо четко уяснить, что тип проводимости средней области транзистора, называемой базой, всегда противоположен по знаку типу

64

проводимости его крайних областей, одна из которых называется эмиттером, а другая – коллектором. Вследствие этого могут быть транзисторы типа р–n–р (рис. 11.1, а) и n–p–n (рис. 11.1, б). Запомните разницу в обозначениях транзисторов этих типов.

Обратите внимание, что на границах базы с эмиттером и коллектором возникает контактное поле, напряженность которого Ек направлена от электронного к дырочному полупроводнику.

Для понимания принципа работы транзистора рассмотрите схему включения его к внешним источникам напряжения (рис. 11.2). Помните, что на эмиттерный переход (эмиттер-база) подается прямое напряжение (переход включен в пропускном направлении). На коллекторный переход (коллектор-база) всегда подается обратное напряжение (переход включен в запирающем направлении). Убедитесь, что такое подключение напряжений приведет к перемещению дырок из эмиттерной области в область базы и электронов с базы на эмиттер.

а)

б)

 

Рис. 11.1.

Для работы транзистора необходимо, чтобы дырки, перешедшие из эмиттерной области в область базы, в большинстве своем смогли попасть на коллектор. Это достигается при изготовлении транзистора следующим образом. Во-первых, концентрацию основных носителей тока в базовой области делают намного меньшей, чем в эмиттерной. Поэтому лишь небольшая часть дырок успевает рекомбинировать с основными носителями тока базы (электронами) и образовать ток базы

Iб. Во-вторых, толщину базы делают значительно меньше длины диффузии дырок. Благодаря этому основная часть дырок беспрепятственно пересекает область базы и достигает правого перехода (базаколлектор). Здесь они втягиваются электрическим полем коллекторного источника в область коллектора и создают ток Iк коллектора. Через переход коллектор-база, кроме того, течет обратный ток Iко, но ввиду его малости по сравнению с током дырок им можно пренебречь.

Ток эмиттера слагается из токов коллектора и базы:

Iэ = Iк + Iб.

65

Для уяснения усилительных свойств транзистора обратите внима-

ние, что изменение тока эмиттера

Iэ

вызывает изменение токов кол-

лектора Iк и базы Iб.

 

 

Iэ =

Iк +

Iб.

Необходимо четко представлять, что изменение тока Iэ можно вы-

звать, включая в цепь эмиттер-база переменный электрический сигнал

Uвх (см. рис. 11.2). В свою очередь это вызовет такое же изменение

тока коллектора.

 

Iк

Iэ, так как Iб 0.

Рис. 11.2.

Проходя через нагрузочный резистор Rн, сопротивление которого выбирается достаточно большим, коллекторный ток вызовет значи-

тельное изменение напряжения на нем. В результате Uвых = Iк Rн значительно превысит величину входного сигнала Uвх, т.е. произойдет усиление по напряжению.

Описание лабораторной установки и методика определения основных параметров транзистора по его характеристикам

Лабораторная установка для исследования транзистора схематически изображена на рис. 11.3. Транзистор, измерительные приборы, резисторы с регулируемым сопротивлением (потенциометры) и источники питания (выпрямители) смонтированы на панели.

Из возможных трех различных схем включения транзисторов в электрическую цепь (с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором) в данной лабораторной работе использована схема с общим эмиттером как наиболее часто встречающаяся.

66

Рис. 11.3.

Для транзистора строится входная и выходная характеристики. Входная характеристика представляет собой зависимость тока базы Iб от напряжения между эмиттером и базой Uбэ при постоянном напряжении на промежутке коллектор-эмиттер Uкэ, т.е.

Iб = f(Uбэ) при Uкэ = const (рис. 11.4).

Рис. 11.4.

Выходная характеристика представляет собой зависимость тока коллектора Iк от напряжения на коллекторе относительно эмиттера Uкэ при неизменном токе базы Iб.

Iк = f(Uкэ) при Iб = const.

Задавая различные величины сил токов базы ( I б1 , I б2 ), можно получить семейство выходных характеристик (рис. 11.5).

67

Рис. 11.5.

Усилительные свойства транзистора характеризует коэффициент усиления по току .

I к

при Uкэ = const,

(11.1)

I б

 

 

где Iб – изменение тока базы, вызвавшее соответствующее измене-

ние тока коллектора на величину

Iк.

Величина может достигать значений

102 и более. Для расчета

используют семейство выходных характеристик. Для этого в рабочей области характеристики транзистора, где она идет почти линейно под небольшим углом к оси напряжений Uкэ, определяют при некотором напряжении Uкэ = const изменение тока Iк, соответствующее переходу

с характеристики, снятой при I б

, к характеристике, снятой при I б

2

1

 

 

 

(рис. 11.5). Изменение тока базы

Iб = I б

2

I б .

 

 

 

1

 

Используя одну из выходных характеристик, определяют выходное сопротивление транзистора:

Rвых

U кэ

при Iб = const,

(11.2)

I к*

 

 

 

где I к* – разность токов коллектора при изменении

Uкэ в пределах

линейной области характеристики транзистора.

По входной характеристике на ее линейном участке (см. рис. 11.5) рассчитывается параметр Rвх, называемый входным сопротивлением транзистора:

Rвх

 

U бэ

.

(11.3)

 

I б

 

 

 

 

 

68

 

 

 

Порядок выполнения работы

1.Внимательно ознакомьтесь со всеми элементами схемы лабораторной установки (рис. 11.3).

2.Ручки потенциометров R1 и R2 поставьте в крайнее левое положение. Включите шнуры питания выпрямителей в сеть.

3.При постоянном напряжении Uкэ снимите значения сил токов Iб при различных напряжениях между эмиттером и базой. Рекомендуется

вначале проделать измерения при Uкэ1 =0, а затем при U кэ2 =4 В.

В данной схеме для определения истинного значения Uбэ следует из показаний милливольтметра вычесть падение напряжения на микроамперметре, которое легко найти умножением тока базы Iб на сопротивление микроамперметра, указанное на его шкале.

П р и м е ч а н и е. Ввиду того, что в предлагаемой схеме изменение напряжения Uбэ вызывает перераспределение напряжений в коллекторной цепи и соответственно изменение показаний вольтметра, измеряющего напряжение Uкэ, необходимо в обязательном порядке перед снятием величин Iб и Uб установить на вольтметре в коллекторной цепи требуемое значение напряжений Uкэ (0 или 4 В).

4. При постоянном токе базы Iб снимите значения силы тока коллектора Iк от напряжения на коллекторе относительно эмиттера Uкэ.

Измерения проведите вначале при I б1 =100 мкА, а затем при I б2 =

=300 мкА.

П р и м е ч а н и е. После установки по вольтметру напряжения Uкэ не спешите снимать отсчет Iк. Рекомендуется перед этим в обязательном порядке установить по микроамперметру требуемое значение силы тока Iб (от 100 до 300 мкА).

5. Данные измерений занесите в табл. 18 и по ним постройте графики входных и выходных характеристик.

Т а б л и ц а 18. Результаты измерений

Uкэ 1 = 0 В

Uкэ 2 = 4 В

Iб1 = 100 мкА

Iб2 = 300 мкА

 

 

 

 

 

 

 

 

Uб, В

Iб, мкА

Uб, В

Iб, мкА

Uкэ, В

Iк, мА

Uкэ, В

Iк, мА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Пользуясь полученными характеристиками, определите по формулам (11.1 – 11.3) соответственно коэффициент усиления по току, выходное Rвых и входное Rвх сопротивления транзистора.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение транзистора? Объясните принцип действия транзистора.

69

2.Изобразите структуру и обозначение транзисторов. Охарактеризуйте области базы, эмиттера, коллектора.

3.Какие бывают схемы включения транзистора?

4.Какими вольтамперными характеристиками принято описывать работу транзистора? Поясните их.

5.Назовите основные параметры транзистора и методику их определения по характеристикам транзистора для схемы с общим эмиттером.

70

ПРИЛОЖЕНИЯ

П р и л о ж е н и е 1

Единицы электрических и магнитных величин

Наименование

Определяющее

Единица

Размерность

величины

уравнение

измерения

 

 

в СИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрический заряд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(количество электри-

Q=It

Кл(Кулон)

 

 

 

А

с

чества)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейная плотность

 

 

Q

 

Кл/м

 

 

 

А с

 

электрического заряда

 

 

 

l

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поверхностная плот-

 

 

 

Q

 

 

 

 

А с

ность электрического

 

 

 

Кл/м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

м2

заряда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объемная плотность

 

 

 

Q

 

Кл/м3

 

 

 

А с

 

электрического заряда

 

 

V

 

 

 

 

м3

Напряженность

E

 

 

F

 

Н/Кл=В/м

 

 

кг

м

 

электрического поля

 

 

Q

 

 

А с3

 

 

 

 

 

 

Электрический

 

 

 

A

 

В(Вольт)

 

кг

м2

 

потенциал

 

 

Q

 

 

А с3

 

 

 

 

 

Электрическая

C

 

 

Q

 

Ф(Фарад)

 

А2

с4

 

емкость

 

 

 

 

 

 

 

 

кг

м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрический

p

 

Q

 

l

Кл м

А с м

 

 

момент диполя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрическое

R

 

U

Ом(Ом)

 

кг

м2

сопротивление

 

 

I

 

 

А2

с3

 

 

 

 

 

 

Электрическая

G

 

1

 

 

 

См(Сименс)

 

А2

с3

 

проводимость

 

 

R

 

кг

м2

 

 

 

 

 

Удельное электриче-

 

 

RS

 

Ом м

 

кг

м3

 

ское сопротивление

 

 

 

l

 

А2

с3

 

 

 

 

 

Удельная электриче-

 

 

1

 

 

 

 

См/м

 

А2

с3

 

ская проводимость

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кг

м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Магнитная

B

 

 

F

 

Тл (Тесла)

 

 

 

кг

 

индукция

 

 

Il

 

 

А с2

 

 

 

 

 

 

Магнитный поток

Ф=ВS

Вб(Вебер)

 

кг

м2

 

 

 

А с2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индуктивность

L

 

Ф

 

Гн(Генри)

 

кг

м2

 

 

 

I

 

А2

с2

 

 

 

 

 

 

71

П р и л о ж е н и е 2

Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименование

 

Приставка

 

Приставка

Множи-

Наимено

Обозначение

Множитель

Наимено-

Обозначение

тель

вание

 

 

вание

 

 

 

 

 

экса

 

Э

1018

деци

д

10 -1

пэта

 

П

1015

санти

с

10 -2

тера

 

Т

1012

милли

м

10 -3

гига

 

Г

109

микро

мк

10 -6

мега

 

М

106

нано

н

10 -9

кило

 

к

103

пико

п

10 -12

гекто

 

г

102

фемто

ф

10 -15

дека

 

да

101

атто

а

10 -18

 

 

 

 

 

П р и л о ж е н и е 3

 

Диэлектрическая проницаемость веществ

 

 

(жидкости при температуре 18оС)

 

 

 

 

 

 

 

Вещество

 

 

Вещество

 

 

1

 

2

3

 

4

Твердые диэлектрики

Целлулоид

 

4,1

Алмаз

 

16,5

Эбонит

 

2,6

Бумага (сухая)

 

1,2 – 3

Янтарь

 

2,7 – 2,9

Воск

 

7,8

Жидкие диэлектрики

Гетинакс

 

3,5 – 6,5

Ацетон

 

21,5

Германий

 

16

Бензол

 

1,9 – 2,3

Дерево

 

2,5 – 10

Бензин

 

2,5

Двуокись титана

 

40 – 80

Вода (20оС)

 

80,1

Кремний

 

12

Вода (0оС)

 

88

Керамика (с ВаD)

 

1000

Глицерин

 

39,1

Керамика рутиловая

 

60 – 100

Керосин

 

2,1

Кварц

 

4,5

Нитробензол

 

36,4

Лед ( – 18оС)

 

3,2

Митиловый

 

32

 

 

 

спирт

 

 

Мрамор

 

8,5 – 14

Скипидар

 

2,2 – 2,3

Парафин

 

2,0 – 2,3

Спирт метило-

 

33,1

 

вый

 

 

 

 

 

 

Поваренная соль

 

5,9

Спирт этиловый

 

26,8

Плексиглас

 

3,0 – 3,6

Трансформа-

 

 

 

 

 

72

 

 

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.